Катализатор для очистки газовых выбросов от вредных примесей

 

Предложен катализатор для низкотемпературного окисления CО и углеводородов, содержащий никелькобальтовую шпинель, оксид никеля и оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%: NiO 75,2 - 98,4, Al₂О₃ 1,0 - 14,5, NiCo₂O₄ оcтальное. Катализатор обладает высокой активностью в указанных процессах. 1 табл.

Изобретение относится к катализаторам глубокого окисления, предпочтительно низкотемпературного окисления углеводородов и CО, содержащихся в отходящих газах промышленных производств, CО₂-лазерах и т.п.

Наибольшей активностью в этих реакциях обладают катализаторы на основе платины и палладия [1] Меньшую активность имеют катализаторы на основе оксидов переходных металлов: CuO/Al₂O₃, CuCr₂O₄/Al₂O₃, Cu-Fe-O, Cо₃О₄/Al₂О₃, Cо-Мn-О/Al₂О₃ [1,2] Наиболее активными среди них являются Cо-содержащие катализаторы [2,3] однако их использование затруднено из-за большой стоимости кобальта и его неустойчивости в реакционной среде. Снижение стоимости и увеличение устойчивости возможно при использовании катализаторов на основе смешанных, например, Ni-Co систем.

Так, известен катализатор для очистки газовых выбросов от вредных примесей, выбранный в качестве прототипа, содержащий никелькобальтовую шпинель, оксид никеля и оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, вес. NiCo₂O₄ 2,7 7,2; NiO 9,0 19,4; Al₂О₃ 73,4 - 88,1 [4] Сравнительно небольшое содержание активного компонента в катализаторе приводит к снижению его активности за счет взаимодействия активного компонента с носителем. Носитель используется в катализаторе для придания гранулам механической прочности.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение активности катализатора без снижения его прочности. Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемый катализатор содержит значительно большее количество оксида никеля и меньшее оксида алюминия, то есть предлагаемый катализатор содержит отмеченные выше компоненты прототипа, но при других соотношениях, вес. NiCo₂O₄ 0,6 10,3; NiO 75,2 - 98,4; Al₂О₃ 1,0 14,5. Это позволяет сохранять высокую активность катализатора даже при его частичном истирании и уносе в виде пыли. Кроме того, увеличивается активность катализатора. Так, максимальная скорость окисления бутана при 400 для прототипа составляет 3,4 (мл C₄Н₁₀/г·с) [4] а предлагаемого 8,7 (мл C₄H₁₀/г·с).

Катализатор получают путем терморазложения растворов солей с различным атомным соотношением кобальта и никеля в дуговой плазме. Полученный порошок смешивают с соединением на основе оксида алюминия, формуют, гранулы сушат и прокаливают.

Полученные катализаторы отличаются не только высокой активностью, но и прочностью гранул. Так, максимальная механическая прочность гранул на раздавливание составляет у предлагаемого катализатора 6,4 МПа. Это существенно выше, чем у катализаторов, полученных методом смешения с окисноалюминийсодержащим агентом, но с другим активным компонентом CuO (1,2 МПа) [5] Пример 1. Раствор азотнокислых солей кобальта и никеля с общей концентрацией 10 вес. (в пересчете на оксид) и атомным отношением Co Ni 1,0 10,2 диспергирован пневмоцентробежной форсункой в плазмохимический реактор. В реакторе тремя плазмотронами генерируют поток плазмы с начальной температурой 4000 6000^oC, суммарной электрической мощностью 160 200 кВт и проводят терморазложение растворов солей с образованием активного компонента на основе никелькобальтовой шпинели и оксида никеля. Полученный порошкообразный продукт смешивают с псевдобемитом формулы AlO(OH), полученным методом термохимической активации технического гидрата глинозема (ГОСТ 11841-76). Формование гранул проводят методом экструзии. Гранулы сушат при комнатной температуре, затем при 110 120^oC 2 часа, прокаливают при 400^oC 2 часа. Состав катализатора, вес. NiCо₂О₄ 10,3; NiO 75,2; Al₂О₃ 14,5.

Пример 2. Аналогичен примеру 1. Состав используемого раствора Co Ni 1,0 245,3. Полученный порошкообразный продукт смешивают с пастой АМ-1 (СКТБ), получаемой при переработке рентгеноаморфного порошка Al(ОН)₃ в каталитических генераторах тепла. Состав катализатора, вес. NiCo₂O₄ 0,6; NiO 98,4; Al₂О₃ 1,0.

Пример 3. Аналогичен примеру 1. Состав используемого раствора Co Ni 1,0 119,4. Состав катализатора, вес. NiCo₂O₄ 1,2; NiO 95,8; Al₂О₃ 3,0.

Пример 4. Аналогичен примеру 1. Состав используемого раствора Co Ni 1,0 71,7. Состав катализатора, вес. NiCo₂O₄ 2,0; NiO 87,8; Al₂О₃ 10,2.

Анализ на содержание Со, Ni, Аl проводили методом атомно-адсорбционной спектроскопии в пламени. Пересчет на содержание оксидов проводили, исходя из следующей стехиометрии: NiCo₂O₄; NiO; Al₂О₃. Прочность определяли для гранул катализаторов по методу [2] Активность определяли для фракции 1 2 мм безградиентным методом [2] Активность в реакции окисления CО определяли по температуре достижения 50% степени превращения для навески катализатора 1 г и скорости подачи смеси, содержащей 1 об. CО в воздухе 10 л/час. Активность в реакции окисления бутана оценивали по скорости окисления (мл C₄Н₁₀/г·с), измеренной при 300 и 400^oC, начальной концентрации бутана 0,5 об. стационарной 0,2 об. в воздухе.

Приведенные в таблице данные по активности, прочности и составу полученных катализаторов показывают, что предлагаемый катализатор отличается высокой активностью при хорошей механической прочности.

Формула изобретения

Катализатор для очистки газовых выбросов от вредных примесей, содержащий никелькобальтовую шпинель, оксид никеля и оксид алюминия, отличающийся тем, что катализатор имеет следующее соотношение компонентов, мас.

NiO 75,2 98,4 Al₂O₃ 1,0-14,5 NiCo₂O₄ Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1